專利名稱：氣體軸承后增壓透平膨脹機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增壓透平膨脹機，尤其是一種氣體軸承后增壓透平膨脹機。
背景技術(shù)：
增壓透平膨脹機是空氣分離設(shè)備及天然氣石油氣液化分離設(shè)備和低溫粉碎設(shè)備 等獲取冷量所必須的關(guān)鍵部機，是保證整套空氣分離設(shè)備穩(wěn)定運行的心臟。其主要原理是 利用有一定壓力的氣體在透平膨脹機內(nèi)進行絕熱膨脹對外做功而消耗氣體本身的內(nèi)能，從 而使氣體自身強烈地冷卻而達到制冷的目的。透平膨脹機輸出的能量由同軸壓縮機回收或 制動風機消耗。隨著小型空分設(shè)備向大型空分設(shè)備的轉(zhuǎn)型發(fā)展，現(xiàn)有的透平膨脹機開始無法滿足 大型空分設(shè)備需求，表現(xiàn)出了處理氣量較小，效率較低，可靠性較低等技術(shù)問題。有鑒于此，本發(fā)明需要提供一種改進的氣體軸承透平膨脹機。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種可避免上述問題的氣體 軸承后增壓透平膨脹機，以提高氣體軸承透平膨脹機的性能。本發(fā)明的目的通過提供以下技術(shù)方案實現(xiàn)—種氣體軸承后增壓透平膨脹機，包括一個中間殼體，所述中間殼體的左端安裝 透平蝸殼、右端安裝有增壓機蝸殼，所述中間殼體內(nèi)可轉(zhuǎn)動地設(shè)置有轉(zhuǎn)子，在所述轉(zhuǎn)子的兩 端分別在透平蝸殼和增壓機蝸殼內(nèi)設(shè)置有膨脹輪和增壓輪，在所述轉(zhuǎn)子上套設(shè)有左氣體軸 承和右氣體軸承，所述左氣體軸承用于支撐膨脹輪，所述右氣體軸承用于支撐增壓輪，在所 述左氣體軸承和所述右氣體軸承之間設(shè)有軸承限位套，所述的所述軸承限位套套設(shè)在所述 轉(zhuǎn)子外，并與所述中間殼體固定，其中，所述膨脹輪為徑軸流向心反動型膨脹輪，所述增壓 輪為前傾后彎式三元流閉式輪型增壓輪。進一步地，所述徑軸流向心反動型膨脹輪的葉片在外圓處沿徑向均布，在內(nèi)徑處 葉片采用圓柱拋物曲面。進一步地，所述前傾后彎式三元流閉式輪型增壓輪采取軸向進氣，外圓排氣的流 動方式，葉片在外圓處彎曲方向與葉輪轉(zhuǎn)動方向相反，并將后彎葉輪在出口處沿葉片高度 方向再向前傾斜放置，所述葉片輪頂處用釬接方式焊接有一個輪蓋。進一步地，所述的左氣體軸承與所述膨脹輪之間設(shè)有密封套。進一步地，所述右氣體軸承與所述增壓輪之間設(shè)有隔熱套和限位密封板。進一步地，所述左氣體軸承和右氣體軸承內(nèi)設(shè)有8只軸向排氣孔。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在處理氣量大，而且效率、可靠性高。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明
圖1為本發(fā)明的氣體軸承后增壓透平膨脹機的縱剖示意圖。圖2為本發(fā)明的氣體軸承后增壓透平膨脹機的膨脹輪的主視圖。圖3為本發(fā)明的氣體軸承后增壓透平膨脹機的膨脹輪的縱剖示意圖。圖4為本發(fā)明的氣體軸承后增壓透平膨脹機的增壓輪的主視圖。圖5為本發(fā)明的氣體軸承后增壓透平膨脹機的增壓輪的縱剖示意圖。
具體實施例方式以下參照

本發(fā)明的最佳實施方式。如圖1所示，本發(fā)明涉及的氣體軸承后增壓透平膨脹機包括一個中間殼體2，所述 中間殼體2的左端安裝透平蝸殼1、右端安裝有增壓機蝸殼3，所述中間殼體2內(nèi)可轉(zhuǎn)動地 設(shè)置有轉(zhuǎn)子8，在所述轉(zhuǎn)子8的兩端分別在透平蝸殼1和增壓機蝸殼3內(nèi)設(shè)置有膨脹輪4和 增壓輪12。需要說明的是在所述轉(zhuǎn)子8上套設(shè)有左氣體軸承6和右氣體軸承9，所述左氣 體軸承6用于支撐膨脹輪4，所述右氣體軸承9用來支撐增壓輪12。所述膨脹輪4為高效 率的徑軸流向心反動型式；所述增壓輪為高效率的前傾后彎式三元流閉式輪型式。在增壓透平膨脹機運行時，很容易發(fā)生增壓輪背的高壓高溫氣體沿著主軸向軸承 處流動，從而使軸承受熱膨脹，使其與主軸的斷面間隙變小，發(fā)生抱軸或卡死現(xiàn)象，本發(fā)明 在左氣體軸承6和右氣體軸承9之間設(shè)有軸承限位套7，所述的軸承限位套7套設(shè)在轉(zhuǎn)子8 外，并與中間殼體2固定。這樣的設(shè)計提高了軸承的承載能力，它可以強迫抑制軸承端面的 膨脹，以保證裝配間隙。所述的左氣體軸承6與膨脹輪4之間設(shè)有密封套5，所述的右氣體軸承9與增壓輪 12之間設(shè)有隔熱套10和限位密封板11。這樣，使得氣體外漏量控制在最小范圍內(nèi)，在密封 套5和限位密封板11內(nèi)還可以充入常溫密封氣以阻止流經(jīng)膨脹機的低溫氣體外泄。如圖 所示，在中間殼體2上還設(shè)有兩個軸承氣輸入端，分別為左、右氣體軸承供氣。由于氣體軸承的潤滑劑為空氣，所以不用擔心是否會燃燒的問題。另外，氣體軸承 還有以下特點1.摩擦阻力低，由于氣體粘度比液體低很多，在室溫下空氣粘度僅為10號機械油 的五千分之一，而軸承的摩擦阻力與粘度成正比，所以氣體軸承的摩擦阻力比液體潤滑軸 承低；2.使用速度范圍大，氣體軸承的摩擦阻力低，溫升低；3.適用溫度范圍大，氣體能在極大的溫度范圍內(nèi)保持氣態(tài)，其粘度受溫度影響很因此，在使用氣體軸承后，能量能利用得更為徹底。本發(fā)明的膨脹機最大的特點就是采用該種先進的工藝流程，主要目的是可以將產(chǎn) 品氮氣增壓，從而可以降低原料空壓機的排氣壓力，并可以回收膨脹機的能量，達到節(jié)能減 排和提高產(chǎn)品競爭力的目的。值得一提的是為提高該膨脹機的效率和運行可靠性，該套膨脹機采用了很多技 術(shù)創(chuàng)新之處，主要有下列幾個方面1、膨脹輪采用了高效率的徑軸流向心反動型式；2、增壓輪采用高效率的前傾后彎式三元流閉式輪型式；
4
3、噴嘴(圖中未示出)采用高效率的氣動TC-3P超音速葉型；4、采用具有高穩(wěn)定性靜壓氣體切向供氣帶0型圈支撐的氣體軸承；5、轉(zhuǎn)子的主軸端面與軸承端面之間加限位套，以提高軸承的承載能力；6、為密封膨脹端和增壓端的低溫或高溫輪背氣體，以防軸承受冷收縮或受熱膨脹 而破壞配合間隙，采用了在膨脹端和增壓端均設(shè)置了密封氣；7、為提高軸承的承載能力，對左右氣體軸承分別設(shè)置了單獨的供氣壓力不同的軸 承儀表氣管道，根據(jù)軸承計算，確定了轉(zhuǎn)子的總的軸向力，再設(shè)置軸承的供氣壓力數(shù)值；8、為避免增壓輪后的高溫高壓氣體向軸承方向流動，采用了增壓蝸殼帶高翅片的 換熱結(jié)構(gòu)，以冷卻增壓輪中的高溫氣體，同時還提高了增壓效率；9、增壓輪密封副采用輪蓋齒迷宮密封，以減少內(nèi)漏，提高效率；10、膨脹機一用一備，采用整體軸向裝配結(jié)構(gòu)，不要成套設(shè)備停車扒珠光砂，就可 以從冷箱外拆卸修理膨脹機，而不影響成套設(shè)備的運行；11、將原測速位置從增壓端進口管處移至轉(zhuǎn)子中部，從而消除了因測速信號線引 出而造成的氣體外漏而造成污染；12、為減少增壓后的高壓高溫氣體通過熱傳導使軸承膨脹，影響運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，在增 壓后設(shè)置了環(huán)氧玻璃布板制成的隔熱板。如圖2、圖3所示，徑軸流向心反動型式膨脹輪是指膨脹輪葉片在外圓處沿徑向 均布，達到徑向進氣目的，在內(nèi)徑處葉片采用圓柱拋物曲面，可以通過速度三角形空間矢量 合成，達到軸向排氣目的，減少氣流對管道壁面的沖擊，提高了效率。同時通過葉片結(jié)構(gòu)的 設(shè)計，可以使氣流在膨脹輪中進一步膨脹，達到制取冷量的目的。如圖4、圖5所示，增壓輪一般均采取軸向進氣，外圓排氣的流動方式，葉片在外圓 處彎曲方向與葉輪轉(zhuǎn)動方向相反，稱為后彎式。葉片型式中，只有后彎型式效率最高，若將 后彎葉輪在出口處沿葉片高度方向再向前傾斜放置，則成為前傾后彎式，將葉片從進口到 出口按照流體動力學采取計算機三元流場分析軟件計算出葉片的空間曲面，再在葉片輪頂 處用釬接方式焊接一個輪蓋，這樣就減少了氣流從輪頂處短流的目的，從而進一步提高了 效率。為提高該膨脹機的效率，在膨脹輪采用了輪背密封，輪背密封外圓的尺寸根據(jù)轉(zhuǎn) 子的軸向力計算決定，以保證轉(zhuǎn)子具有較小的軸向力。為提高增壓端儀表廢氣的排放能力， 在殼體上鉆了三個Φ 10孔。在增壓膨脹機運行時，很容易發(fā)生增壓輪背的高壓高溫氣體沿 著主軸向軸承處流動，從而使軸承受熱膨脹，使其與主軸的端面間隙變小，發(fā)生抱軸或卡死 現(xiàn)象，當在軸承端面與主軸端面增加了一個限位套以后，它可以強迫抑制端面的膨脹，以保 證裝配間隙。為提高膨脹機運行的穩(wěn)定性，采用了雙密封氣和雙軸承氣，可以調(diào)節(jié)密封氣和 軸承氣的壓力，以平衡轉(zhuǎn)子的軸向力。為提高該機的可靠性，特從增壓并經(jīng)冷卻后的氮氣中 引一路氮氣作為儀表氣，該氮氣壓力較高，作為軸承氣可以提高軸承的承載能力，而且該氣 體作為密封氣，不會污染增壓氮氣，并可以平衡轉(zhuǎn)子軸向力。在膨脹機運行時，經(jīng)常會發(fā)生 葉輪與密封蓋接觸摩擦的故障，這時就必須將膨脹機機芯拆卸下來進行修理，在設(shè)計本膨 脹機時，已考慮到修理的需要，特將膨脹機設(shè)計成可以從常溫端進行拆卸的結(jié)構(gòu)，導流器端 面一面固定在蝸殼端面，另一端面由密封套端面壓緊，端面圓環(huán)上攻了兩個螺孔，可以用螺 釘擰入后進行拆卸。
通過采用上述諸多的創(chuàng)新設(shè)計思路和結(jié)構(gòu)，既保證了整臺機器的高效率，又保證 了運轉(zhuǎn)時的高穩(wěn)定性。該膨脹機與油軸承膨脹機相比，其設(shè)計更優(yōu)化，軸損耗更小，能量利用更徹底，而 且該機最大的優(yōu)點是由于不采用油潤滑，不會造成油帶入工藝氣體中而造成嚴重的安全事 故。該機結(jié)構(gòu)簡單，價格只有同樣參數(shù)油軸承膨脹機的1/6-1/8左右，今后在設(shè)計膨脹量為 3000Nm3/h以下的膨脹機時，可以考慮用氣體軸承增壓膨脹機取代油軸承增壓膨脹機，不但 節(jié)省了成本和節(jié)能，而且可以消除油軸承膨脹機中油汽對大氣的排放而污染空氣的現(xiàn)象， 消除對環(huán)境的污染。盡管為示例目的，已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員將意識到，在不脫離由所附的權(quán)利要求書公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種改 進、增加以及取代是可能的。
權(quán)利要求
1.一種氣體軸承后增壓透平膨脹機，包括一個中間殼體，所述中間殼體的左端安裝透 平蝸殼、右端安裝有增壓機蝸殼，所述中間殼體內(nèi)可轉(zhuǎn)動地設(shè)置有轉(zhuǎn)子，在所述轉(zhuǎn)子的兩端 分別在透平蝸殼和增壓機蝸殼內(nèi)設(shè)置有膨脹輪和增壓輪，在所述轉(zhuǎn)子上套設(shè)有左氣體軸承 和右氣體軸承，所述左氣體軸承用于支撐膨脹輪，所述右氣體軸承用于支撐增壓輪，在所述 左氣體軸承和所述右氣體軸承之間設(shè)有軸承限位套，所述的所述軸承限位套套設(shè)在所述轉(zhuǎn) 子外，并與所述中間殼體固定，其特征在于，所述膨脹輪為徑軸流向心反動型膨脹輪，所述 增壓輪為前傾后彎式三元流閉式輪型增壓輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體軸承后增壓透平膨脹機，其特征在于，所述徑軸流向心 反動型膨脹輪的葉片在外圓處沿徑向均布，在內(nèi)徑處葉片采用圓柱拋物曲面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體軸承后增壓透平膨脹機，其特征在于，所述前傾后彎式 三元流閉式輪型增壓輪采取軸向進氣，外圓排氣的流動方式，葉片在外圓處彎曲方向與葉 輪轉(zhuǎn)動方向相反，并將后彎葉輪在出口處沿葉片高度方向再向前傾斜放置，所述葉片輪頂 處用釬接方式焊接有一個輪蓋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體軸承后增壓透平膨脹機，其特征在于，所述的左氣體軸 承與所述膨脹輪之間設(shè)有密封套。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體軸承后增壓透平膨脹機，其特征在于，所述右氣體軸承 與所述增壓輪之間設(shè)有隔熱套和限位密封板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體軸承后增壓透平膨脹機，其特征在于，所述左氣體軸承 和右氣體軸承內(nèi)設(shè)有8只軸向排氣孔。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種氣體軸承后增壓透平膨脹機，包括一個中間殼體，所述中間殼體的左端安裝透平蝸殼、右端安裝有增壓機蝸殼，所述中間殼體內(nèi)可轉(zhuǎn)動地設(shè)置有轉(zhuǎn)子，在所述轉(zhuǎn)子的兩端分別在透平蝸殼和增壓機蝸殼內(nèi)設(shè)置有膨脹輪和增壓輪，在所述轉(zhuǎn)子上套設(shè)有左氣體軸承和右氣體軸承，所述左氣體軸承用于支撐膨脹輪，所述右氣體軸承用于支撐增壓輪，在所述左氣體軸承和所述右氣體軸承之間設(shè)有軸承限位套，所述的所述軸承限位套套設(shè)在所述轉(zhuǎn)子外，并與所述中間殼體固定，其中，所述膨脹輪為徑軸流向心反動型膨脹輪，所述增壓輪為前傾后彎式三元流閉式輪型增壓輪。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在處理氣量大，而且效率、可靠性高。
文檔編號F01D11/00GK102003221SQ201010545138
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者徐友亮 申請人:蘇州制氧機有限責任公司